Xem mẫu
Công nghiệp rừng
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TUỔI CÂY, VỊ TRÍ TRÊN THÂN CÂY
ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA LUỒNG
(Dendrocalamus barbatus Hsueh et D. Z. Li)
Nguyễn Việt Hưng1, Phạm Văn Chương2
1
2
Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
Trường Đại học Lâm nghiệp
TÓM TẮT
Tính chất của Luồng (Dendrocalamus barbatus Hsueh et D. Z. Li) có quan hệ mật thiết đến độ tuổi sinh
trưởng, vị trí trên thân cây. Nghiên cứu này đã tiến hành xác định được sự biến động tính chất cơ học của
Luồng theo tuổi cây và vị trí trên cây: độ bền nén dọc thớ, độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh, độ bền
trượt dọc thớ. Kết quả cho thấy, ở các cấp tuổi các tính chất cơ học tăng lên theo chiều từ gốc đến ngọn. Tính
chất cơ học tại vị trí của cây có sự biến động theo quy luật khác nhau: Tại vị trí gốc, độ bền nén dọc thớ ở tuổi
3 có giá trị cao nhất 46,55 MPa, vị trí thân tuổi 4 có giá trị cao nhất 52,49 MPa, vị trí ngọn tuổi 4 cao nhất
59,70 MPa; Độ bền uốn tĩnh, tại vị trí gốc tuổi 3 có giá trị lớn nhất 98,60 MPa, vị trí thân và ngọn tuổi 4 cao
nhất 115,87 Mpa và, 129,30 MPa; Mô đun đàn hồi uốn tĩnh, tại vị trí gốc tuổi 3 có giá trị cao nhất 8335,4 MPa,
vị trí thân tuổi 5 có giá trị cao nhất 11056,9 MPa, vị trí ngọn tuổi 4 cao nhất 12720,5 MPa; độ bền trượt dọc
thớ, tại vị trí gốc tuổi 4 có giá trị cao nhất 6,41 MPa, vị trí thân và ngọn tuổi 3 cao nhất 7,11 Mpa và 7,07 MPa.
Từ khoá: Luồng, tính chất cơ học, tuổi cây, vị trí trên cây.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trên thế giới và ở Việt Nam cũng đã có
những nghiên cứu về tre, các nghiên cứu đó về
các tính chất và khả năng ứng dụng tre trong
các lĩnh vực như sản xuất ván sàn, ván sợi
(MDF), sản phẩm Composite… Tuy nhiên, các
nghiên cứu về ảnh hưởng tuổi cây, vị trí trên
cây đến tính chất của tre nói chung và về tính
chất cơ học nói riêng cũng không nhiều.
Xiaobo Li (2004), đã nghiên cứu sự biến đổi
về tính chất cơ học của tre (Phyllostachys
pubescens) thay đổi theo tuổi (1, 3, 5) và chiều
cao cũng như lớp ngang. Các tính chất như độ
bền uốn tĩnh (MOR), mô đun đàn hồi (MOE)
và nén đều tăng từ tuổi 1 đến tuổi 5. Theo
chiều cao, tính chất cơ học có biến đổi giữa
phần gốc, thân và ngọn nhưng mỗi cấp tuổi lại
có quy luật khác nhau. Theo chiều ngang, tính
chất ở ngoài (sát với cật) cao hơn ở phần bên
trong (sát với ruột) (Xiaobo Li, 2004).
Trung tâm nghiên cứu quốc gia về tre của
Trung Quốc đã nghiên cứu về tính chất của tre
cho thấy, đối với Mao trúc (Moso) độ bền nén
và uốn tĩnh của Mao trúc tăng dần từ gốc đến
ngọn (China National Bamboo research center,
2001).
Theo M. Kamruzzaman (2008), đã nghiên
cứu tuổi cây và vị trí trên cây có ảnh hưởng lớn
đến tính chất của tre, tác giả đã đưa ra được sự
ảnh hưởng của tuổi và vị trí trên cây ảnh
hưởng đến tính chất cơ học của 4 loại tre gồm
có: Bambusa balcooa, Bambusa tulda,
Bambusa salarkhanii, Melocanna baccifera.
Tuy nhiên, ở 4 loại này đều có sự biến động
tính chất theo những quy luật khác nhau (M.
Kamruzzaman và A. K. Bose & M. N. Islam S.
K. Saha, 2008).
Juan Francisco Correal D., Juliana Arbeláez
C. (2010) đã nghiên cứu về ảnh hưởng tuổi tre
và vị trí trên thây cây đến tính chất cơ học của
tre Guaduaangustifolia kunt (Guadua a.k.).
Kết quả phân tích cho thấy từ tuổi 2 - 5 và ở vị
trí khác nhau theo chiều cao có sự ảnh hưởng
đến tính chất của Guadua a.k cụ thể là: độ bền
ép dọc và kéo dọc của loại Guadua a.k cho
thấy tính chất tăng dần từ tuổi 2 - 4 (28,6 - 40,4
MPa) và giảm xuống ở tuổi 5 (35,2 MPa), vị trí
trên cây cho thấy loại Guadua a.k cũng có
hướng tăng lên từ gốc đến ngọn. Độ bền uốn
tĩnh và mô đun đàn hồi của Guadua a.k tăng
dẫn theo tuổi cây từ 2 - 4 tuổi (MOR: 92,7 98,5 MPa) và tuổi 5 giảm xuống (MOR: 93,5
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2018
123
Công nghiệp rừng
MPa), với vị trí trên cây cũng ảnh hưởng đến
tính chất này và tăng dần từ gốc đến ngọn
(MOR: tăng từ 88,6 - 104,1 MPa) (Juan Francisco
Correal D và Juliana Arbeláez C, 2010).
F. R. Falayi, B. O. Soyoye (2014) đã nghiên
cứu sự ảnh hưởng của tuổi và vị trí trên cây
đến tính chất của tre Phyllostachys Pubesces.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, tính chất cơ học
của tre khác biệt giữa tuổi cây và vị trí trên
cây, độ bền uốn tĩnh của Phyllostachys
Pubesces có sự biến đổi theo hướng tăng lên
theo tuổi 1 - 3 - 5 (1117,49 - 190 MPa) và cũng
tăng lên từ gốc đến ngọn (153,40 - 157,73
MPa). Tương tự như vậy, mô đun đàn hồi cũng
có sự biến đổi theo quy luật đó, tuổi 1 - 3 - 5
tương ứng là: 8380,87 - 10093,53 - 13188,80
MPa và theo vị trí trên cây cũng thấy sự biến
đổi đó tương ứng là: gốc - thân - ngọn:
10210,53 - 10653,87 - 10798,80 MPa (F. R.
Falayi và B. O. Soyoye, 2014).
Theo kết quả nghiên cứu của Bộ môn gỗ
trường Đại học Lâm nghiệp cho thấy Tre gai
(Bambusa Bambos) được lấy tại Đông Triều Quảng Ninh có sự biến động về tính chất cơ
học, cụ thể: độ bền kéo, nén của Tre gai tăng
dần từ gốc đến ngọn, về độ bền uốn tĩnh của
Tre gai thì biến động theo hướng ngược lại là
từ gốc đến ngọn ứng suất giảm dần (gốc: 440 x
105 N/m2; giữa thân: 288 x 105 N/m2 ; ngọn:
202 x 105 N/m2) (Lê Xuân Tình, 1998).
Theo tài liệu giáo trình Khoa học gỗ (2016),
cho thấy theo chiều cao thân khí sinh của Trúc
sào (Phyllostachis edulis) có ảnh hưởng đến
tính chất cơ học. Cụ thể, các tính chất cơ học
của Trúc sào đều biến đổi theo quy luật tăng từ
gốc đến ngọn, độ bền nén dọc (60,9 - 71,1
MPa), độ bền uốn tĩnh (138,7 - 170,1 MPa), độ
bền trượt dọc (16,7 - 20,7 MPa) (Vũ Huy Đại
và cộng sự, 2016).
Đối với Luồng (Dendrocalamus barbatus
Hsueh et D. Z. Li) ở Việt Nam mới chỉ có
những đề tài nghiên cứu về tính chất cơ học
của 1 cấp tuổi, 1 vị trí mà chưa có những
nghiên cứu sâu về ảnh hưởng của tuổi cây, vị
124
trí đến tính chất cơ học.
Lê Thu Hiền (2003), đã nghiên cứu xác
định được tính chất vật lý và cơ học của cây
Luồng và Trúc sào. Kết quả cho thấy Luồng có
tính chất cơ học cao hơn so với của Trúc sào
(Lê Thu Hiền, 2003).
Nguyễn Hồng Thịnh (2009) đã nghiên cứu
về đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ vật lý và
thành phần hóa học của Luồng. Kết quả nghiên
cứu cho thấy Luồng là nguyên liệu có cường
độ nén dọc thớ, uốn tĩnh, modul đàn hồi cao.
Nghiên cứu này sẽ làm rõ được sự biến
động về một số tính chất cơ học: độ bền nén
dọc thớ, độ bền uốn tĩnh, modul đàn hồi và độ
bền trượt dọc thớ theo tuổi cây và vị trí trên cây
của Luồng.
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu này là
cây Luồng ở các cấp tuổi 1, 2, 3, 4, 5 được
khai thác tại huyện Quan Hoá, tỉnh Thanh Hoá.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
a. Phương pháp chọn cây lấy mẫu theo Tiêu
chuẩn GB/T 15780-1995) (中國標準出版社,
1996)
Tại nơi lấy mẫu, mỗi cấp tuổi được lấy 5
cây có tính đại diện cao, 5 cây được lựa chọn ở
cùng 1 cụm hoặc 2 cụm gần nhau, tuy nhiên
các cấp tuổi từ 1-5 đều được lấy từ cùng một
cụm, không chọn những cây có khuyết tật.
Luồng sau khi chặt hạ được mang về phòng
thí nghiệm được tiến hành bảo quản (phơi)
tránh mối, mọt, nấm xâm nhập.
Sau khi thanh thử được phơi khô, đặt trong
môi trường nhiệt độ là 20 2oC, độ ẩm tương
đối là 65 5% tiến hành điều chỉnh độ ẩm, đến
chất lượng đạt được cơ bản ổn định, mới có thể
làm mẫu thử.
b. Phương pháp chọn vị trí trên cây thí nghiệm
Để thực hiện quá trình lấy mẫu thí nghiệm ở
các vị trí trên cây được thực hiện theo phương
pháp của tác giả Xiaobo Li (2004). Quá trình
thực hiện thí nghiệm của 5 cấp tuổi ở các vị trí
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2018
Công nghiệp rừng
khác nhau trên thân cây được tiến hành như
sau: Bắt đầu tính từ lóng thứ 2 từ dưới lên đến
lóng thứ 31 được chia làm 3 phần đại diện cho
phần gốc (dưới), phần thân (giữa), phần ngọn
(trên), mỗi phần gồm có 10 lóng. Trong mỗi
phần, lóng thứ 2, 3 được dùng để xác định tính
cơ học, tại lóng thứ 2 sẽ được lấy tất cả các vị
trí theo vòng trên lóng để làm mẫu xác định độ
uốn tĩnh, lóng thứ 3 dùng để xác định tính chất
nén dọc, trượt dọc, đảm bảo các vị trí được lấy
giống nhau ở các cấp tuổi (Xiaobo Li, 2004).
c. Phương pháp xác định các tính chất của
Luồng
Xác định tính chất cơ học của luồng được
áp dụng theo Tiêu chuẩn GB/T 15780-1995
(中國標準出版社 , 1996).
Đoạn Luồng được cắt tại các vị trí trên thân
cây (gốc, thân, ngọn) lựa chọn vị trí cắt như
mô tả ở trên, vị trí không có khuyết tật, cật
không bị tổn thương và có chiều dài sử dụng
lóng 2 và 3 để xác định tính chất cơ học. Tiến
hành chẻ thành các thanh tre có bề rộng 15mm
và 30 mm. Mẫu thử tính chất cơ học được lấy
ở các lóng đã được xác định trước. Số mẫu
dùng để xác định tính chất cơ được lấy đều ở 5
cây cho mỗi cấp tuổi là 6 mẫu/tính chất/cây
Mẫu thí nghiệm không cho phép có khuyết
tật, hai mặt chiều xuyên tâm phải đảm bảo
phẳng và song song với nhau, hai mặt chiều
tiếp tuyến phải giữ nguyên hình dạng của cật
và ruột, mặt tiếp tuyến và mặt xuyên tâm phải
vuông góc với nhau, mỗi một mẫu thí nghiệm
phải có kí hiệu rõ ràng.
Phương pháp xác định độ bền nén dọc:
Dùng mẫu có kích thước: 20 × 20 × t (mm)
(trong đó t là chiều dày thành luồng).
Số lượng mẫu: 30 mẫu/cấp tuổi/vị trí.
Đo kích thước chiều xuyên tâm (chiều dày
mẫu), tiếp tuyến (chiều rộng mẫu), chính xác
đến 0,01 mm. Sử dụng máy kiểm tra tính chất
cơ học đa năng tại Viện Công nghiệp gỗ,
Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam.
Xác định độ bền nén dọc khi độ ẩm mẫu là
W% theo công thức:
w
Pmax
bt
Trong đó:
w - độ bền nén dọc thớ của mẫu thử ở độ
ẩm W%, MPa;
Pmax- lực tác dụng tại thời điểm phá hủy
mẫu, N;
b - chiều rộng mẫu thử, mm;
t - chiều dày mẫu thử (chiều dày thành),
mm.
Độ bền nén dọc thớ của mẫu thử (chính xác
đến 0,1 MPa) khi tỷ lệ độ ẩm mẫu 12%, xác
định theo công thức sau:
12 w 1 0,045(W 12)
Trong đó: 12 - cường độ nén dọc thớ của
mẫu thử khi độ ẩm là 12%, MPa;
W- độ ẩm của mẫu thử.
Phương pháp xác định độ bền uốn tính,
modul đàn hồi
Sử dụng phương pháp dầm đơn, tại vị trí
trung tâm chiều dài mẫu, nhờ vào tải trọng tập
trung tăng dần với tốc độ đều làm cho mẫu phá
hủy để tính ra cường độ uốn tĩnh.
Dùng nhiều mẫu có kích thước 160×10×t,
mm (trong đó t là chiều dày thành).
Số lượng mẫu: 30 mẫu/cấp tuổi/vị trí.
Chỉ thí nghiệm cường độ uốn tĩnh theo
phương tiếp tuyến. Tại ví trí trung tâm chiều
dài mẫu tiến hành đo kích thước chiều dày
thành Luồng (chiều rộng mẫu), đo kích thước
chiều tiếp tuyến (chiều cao mẫu), chính xác
đến 0,01 mm.
Sử dụng phương pháp tác dụng lực điểm
trung tâm, đặt mẫu thí nghiệm trên hai gối đỡ,
khoảng cách hai gối là 120 mm.
Xác định độ bền uốn tĩnh khi độ ẩm mẫu là
W% theo công thức:
3P L
MORw max2
2bh
Trong đó:
MORw - độ bền uốn tĩnh mẫu thử khi độ ẩm
là W%, MPa;
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2018
125
Công nghiệp rừng
Pmax - lực tác dụng tại thời điểm mẫu bị phá
hủy, N;
L - khoảng cách giữa hai gối đỡ, lấy 120mm;
b - chiều rộng mẫu thử (chiều dày thành
tre), mm;
h - chiều cao mẫu thử, mm.
Độ bền uốn tĩnh của mẫu thử (chính xác đến
0,1 Mpa) khi độ ẩm là 12%, xác định dựa theo
công thức tính toán sau:
MOR12 MOR w 1 0,025(W 12)
Trong đó:
MOR12 - độ bền uốn tĩnh của mẫu thử khi độ
ẩm là 12%, MPa;
W - độ ẩm của mẫu thử.
Xác định mô đun đàn hồi khi độ ẩm W%
theo công thức:
MOEw
p.L3
4. f .b.h3
Trong đó:
MOEw - mô đun đàn hồimẫu thử khi độ ẩm
là W%, MPa;
p - lực tác dụng lên mẫu, N; p = Pmax/4;
L - khoảng cách giữa hai gối đỡ, lấy 120mm;
h - kích thước chiều dày của mẫu, mm;
b - kích thước chiều rộng của mẫu, mm;
f- độ võng của mẫu khi thử, cm.
Phương pháp xác định độ bền trượt dọc thớ
Trên mỗi thanh thử cắt chọn mẫu thử, mặt
cắt mẫu thử chịu lực là mặt tiếp tuyến, chiều
dài làm phương hướng dọc thớ.
Số lượng mẫu: 30 mẫu/cấp tuổi/vị trí.
Dùng thước đo kẹp kích thước xác định
chiều dài và chiều dày (chiều dày thành) của
mặt bị cắt, chính xác đến 0,01 mm. Độ bền
trượt dọc thớ của mẫu thử khi độ ẩm W%,
dựa vào công thức để tính toán, chính xác
đến 0,1 MPa.
w
Pmax
tL
Trong đó:
w - độ bền trượt dọc thớ của mẫu thử có độ
ẩm W%, MPa;
Pmax - lực tác dụng tại thời điểm mẫu bị phá
hủy, N;
t - chiều dày mẫu thử, mm;
L- chiều dài mặt chịu trượt mẫu thử, mm.
Độ bền trượt dọc thớ của mẫu thử (chính
xác đến 0,1 Mpa) khi độ ẩm là 12%, được tính
theo công thức sau:
12 w 1 0.025(W 12)
Trong đó: 12 - cường độ trượt dọc thớ của
mẫu thử có độ ẩm 12%, MPa;
W - độ ẩm của mẫu thử.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của tuổi cây và vị trí trên
cây đến độ bền nén dọc thớ
Độ bền nén dọc thớ là một chỉ tiêu cơ học
rất quan trọng và thường gặp trong thực tế. Độ
bền nén dọc thớ thường được dùng để nghiên
cứu quan hệ giữa các nhân tố ảnh hưởng đến
khả năng chịu lực gỗ. Do tính chất quan trọng
của nó trong thực tế như: trong các kết cấu
chịu lực và các sản phẩm, độ bền nén dọc thớ
được xem là chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá khả
năng chịu lực của gỗ, tre (Vũ Huy Đại và cs,
2016). Nhiều kết quả nghiên cứu cho rằng
cường độ nén dọc thớ biến động khác nhau
giữa tuổi cây và vị trí trên cây của tre, trúc
(Xiaobo Li, 2004), (Juan Francisco Correal D
và Juliana Arbeláez C, 2010).
Kết quả phân tích độ bền nén dọc thớ của
Luồng theo các cấp tuổi và vị trí trên cây được
thể hiện tại bảng 1.
Bảng 1. Độ bền nén dọc thớ của Luồng ở các cấp tuổi và vị trí trên cây
Độ bền nén dọc thớ, MPa
Tuổi 1
Tuổi 2
Tuổi 3
Tuổi 4
Tuổi 5
35,00
35,20
46,55
42,27
42,54
Gốc
40,81
41,22
47,10
52,49
50,63
Thân
42,43
43,10
48,45
59,70
52,14
Ngọn
126
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2018
Công nghiệp rừng
Qua phân tích phương sai đa nhân tố
(ANOVA) ta thấy ở tuổi cây và vị trí trên cây
có giá trị Sig. nhỏ hơn 5%. Điều đó có nghĩa
rằng tuổi và vị trí trên cây có sự khác biệt đến
độ bền nén dọc thớ của Luồng. Mặt khác ảnh
hưởng tương tác giữa vị trí và tuổi cũng ảnh
hưởng đến độ bền nén dọc thớ của Luồng (tuổi
cây có ảnh hưởng đến độ bền nén dọc thớ theo
vị trí trên cây). Kết quả phân tích còn cho thấy,
tuổi cây có ảnh hưởng rõ hơn đến độ bền nén
dọc thớ so với vị trí trên cây.
Hình 1. Biến động độ bền nén dọc thớ theo tuổi và vị trí trên cây của Luồng
Từ kết quả thí nghiệm cho thấy, Sự biến
động về độ bền nén dọc thớ ở các cấp tuổi và
vị trí trên cây theo một quy luật khá rõ (hình
1). Cụ thể, tuổi 1 đến tuổi 5 độ bền nén dọc thớ
biến đổi từ gốc đến ngọn theo hướng tăng dần.
Đối với các vị trí trên cây, vị trí gốc độ bền nén
dọc thớ tăng từ tuổi 1 đến tuổi 3, giảm xuống ở
tuổi 4 và 5; ở vị trí thân và ngọn lại cho ta thấy
độ bền nén dọc thớ tăng từ tuổi 1 đến tuổi 4 và
giảm xuống ở tuổi 5, kết quả này cho thấy sự
biến động tương đồng với kết quả của (Juan
Francisco Correal D và Juliana Arbeláez C,
2010). Với kết quả này cho thấy, ở độ tuổi từ 3
- 4 độ bền nén dọc thớ là cao nhất.
3.2. Ảnh hưởng của tuổi cây và vị trí trên
cây đến độ bền uốn tĩnh, modul đàn hồi khi
uốn tĩnh
Độ bền uốn tĩnh là một trong những tính
chất cơ học quan trọng nhất. Có thể nói độ bền
uốn tĩnh là chỉ tiêu quan trọng thứ hai sau giới
hạn độ bền nén dọc thớ. Để đánh giá cường độ
gỗ, tre thường lấy tổng số hai ứng suất: độ bền
nén dọc thớ và độ bền uốn tĩnh làm tiêu chuẩn
(Vũ Huy Đại và cs, 2016).
Ở một số tài liệu đã nghiên cứu trước đã chỉ
ra rằng, độ bền uốn tĩnh của một số loài tre có
sự biến động theo tuổi cây và vị trí trên cây. Sự
biến động về độ bền uốn tĩnh ở các cấp tuổi
tăng lên từ gốc đến ngọn, ở các vị trí trên cây
độ bền uốn tĩnh tăng từ tuổi 1 - 4 và giảm
xuống ở tuổi 5 (Juan Francisco Correal D và
Juliana Arbeláez C, 2010). Kết quả xác định độ
bền uốn tĩnh của Luồng theo tuổi cây và vị trí
trên cây được thể hiện tại bảng 2.
Bảng 2. Độ bền uốn tĩnh của Luồng ở các cấp tuổi và vị trí trên cây
Độ bền uốn tĩnh, MPa
Tuổi 1
Tuổi 2
Tuổi 3
Tuổi 4
Tuổi 5
Gốc
72,72
83,36
98,60
87,67
87,23
Thân
86,28
88,41
103,10
115,87
115,23
Ngọn
87,46
87,88
115,21
129,30
119,00
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2018
127
nguon tai.lieu . vn
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TUỔI CÂY, VỊ TRÍ TRÊN THÂN CÂY
ĐẾN TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA LUỒNG
(Dendrocalamus barbatus Hsueh et D. Z. Li)
Nguyễn Việt Hưng1, Phạm Văn Chương2
1
2
Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên
Trường Đại học Lâm nghiệp
TÓM TẮT
Tính chất của Luồng (Dendrocalamus barbatus Hsueh et D. Z. Li) có quan hệ mật thiết đến độ tuổi sinh
trưởng, vị trí trên thân cây. Nghiên cứu này đã tiến hành xác định được sự biến động tính chất cơ học của
Luồng theo tuổi cây và vị trí trên cây: độ bền nén dọc thớ, độ bền uốn tĩnh, mô đun đàn hồi uốn tĩnh, độ bền
trượt dọc thớ. Kết quả cho thấy, ở các cấp tuổi các tính chất cơ học tăng lên theo chiều từ gốc đến ngọn. Tính
chất cơ học tại vị trí của cây có sự biến động theo quy luật khác nhau: Tại vị trí gốc, độ bền nén dọc thớ ở tuổi
3 có giá trị cao nhất 46,55 MPa, vị trí thân tuổi 4 có giá trị cao nhất 52,49 MPa, vị trí ngọn tuổi 4 cao nhất
59,70 MPa; Độ bền uốn tĩnh, tại vị trí gốc tuổi 3 có giá trị lớn nhất 98,60 MPa, vị trí thân và ngọn tuổi 4 cao
nhất 115,87 Mpa và, 129,30 MPa; Mô đun đàn hồi uốn tĩnh, tại vị trí gốc tuổi 3 có giá trị cao nhất 8335,4 MPa,
vị trí thân tuổi 5 có giá trị cao nhất 11056,9 MPa, vị trí ngọn tuổi 4 cao nhất 12720,5 MPa; độ bền trượt dọc
thớ, tại vị trí gốc tuổi 4 có giá trị cao nhất 6,41 MPa, vị trí thân và ngọn tuổi 3 cao nhất 7,11 Mpa và 7,07 MPa.
Từ khoá: Luồng, tính chất cơ học, tuổi cây, vị trí trên cây.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Trên thế giới và ở Việt Nam cũng đã có
những nghiên cứu về tre, các nghiên cứu đó về
các tính chất và khả năng ứng dụng tre trong
các lĩnh vực như sản xuất ván sàn, ván sợi
(MDF), sản phẩm Composite… Tuy nhiên, các
nghiên cứu về ảnh hưởng tuổi cây, vị trí trên
cây đến tính chất của tre nói chung và về tính
chất cơ học nói riêng cũng không nhiều.
Xiaobo Li (2004), đã nghiên cứu sự biến đổi
về tính chất cơ học của tre (Phyllostachys
pubescens) thay đổi theo tuổi (1, 3, 5) và chiều
cao cũng như lớp ngang. Các tính chất như độ
bền uốn tĩnh (MOR), mô đun đàn hồi (MOE)
và nén đều tăng từ tuổi 1 đến tuổi 5. Theo
chiều cao, tính chất cơ học có biến đổi giữa
phần gốc, thân và ngọn nhưng mỗi cấp tuổi lại
có quy luật khác nhau. Theo chiều ngang, tính
chất ở ngoài (sát với cật) cao hơn ở phần bên
trong (sát với ruột) (Xiaobo Li, 2004).
Trung tâm nghiên cứu quốc gia về tre của
Trung Quốc đã nghiên cứu về tính chất của tre
cho thấy, đối với Mao trúc (Moso) độ bền nén
và uốn tĩnh của Mao trúc tăng dần từ gốc đến
ngọn (China National Bamboo research center,
2001).
Theo M. Kamruzzaman (2008), đã nghiên
cứu tuổi cây và vị trí trên cây có ảnh hưởng lớn
đến tính chất của tre, tác giả đã đưa ra được sự
ảnh hưởng của tuổi và vị trí trên cây ảnh
hưởng đến tính chất cơ học của 4 loại tre gồm
có: Bambusa balcooa, Bambusa tulda,
Bambusa salarkhanii, Melocanna baccifera.
Tuy nhiên, ở 4 loại này đều có sự biến động
tính chất theo những quy luật khác nhau (M.
Kamruzzaman và A. K. Bose & M. N. Islam S.
K. Saha, 2008).
Juan Francisco Correal D., Juliana Arbeláez
C. (2010) đã nghiên cứu về ảnh hưởng tuổi tre
và vị trí trên thây cây đến tính chất cơ học của
tre Guaduaangustifolia kunt (Guadua a.k.).
Kết quả phân tích cho thấy từ tuổi 2 - 5 và ở vị
trí khác nhau theo chiều cao có sự ảnh hưởng
đến tính chất của Guadua a.k cụ thể là: độ bền
ép dọc và kéo dọc của loại Guadua a.k cho
thấy tính chất tăng dần từ tuổi 2 - 4 (28,6 - 40,4
MPa) và giảm xuống ở tuổi 5 (35,2 MPa), vị trí
trên cây cho thấy loại Guadua a.k cũng có
hướng tăng lên từ gốc đến ngọn. Độ bền uốn
tĩnh và mô đun đàn hồi của Guadua a.k tăng
dẫn theo tuổi cây từ 2 - 4 tuổi (MOR: 92,7 98,5 MPa) và tuổi 5 giảm xuống (MOR: 93,5
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2018
123
Công nghiệp rừng
MPa), với vị trí trên cây cũng ảnh hưởng đến
tính chất này và tăng dần từ gốc đến ngọn
(MOR: tăng từ 88,6 - 104,1 MPa) (Juan Francisco
Correal D và Juliana Arbeláez C, 2010).
F. R. Falayi, B. O. Soyoye (2014) đã nghiên
cứu sự ảnh hưởng của tuổi và vị trí trên cây
đến tính chất của tre Phyllostachys Pubesces.
Kết quả nghiên cứu cho thấy, tính chất cơ học
của tre khác biệt giữa tuổi cây và vị trí trên
cây, độ bền uốn tĩnh của Phyllostachys
Pubesces có sự biến đổi theo hướng tăng lên
theo tuổi 1 - 3 - 5 (1117,49 - 190 MPa) và cũng
tăng lên từ gốc đến ngọn (153,40 - 157,73
MPa). Tương tự như vậy, mô đun đàn hồi cũng
có sự biến đổi theo quy luật đó, tuổi 1 - 3 - 5
tương ứng là: 8380,87 - 10093,53 - 13188,80
MPa và theo vị trí trên cây cũng thấy sự biến
đổi đó tương ứng là: gốc - thân - ngọn:
10210,53 - 10653,87 - 10798,80 MPa (F. R.
Falayi và B. O. Soyoye, 2014).
Theo kết quả nghiên cứu của Bộ môn gỗ
trường Đại học Lâm nghiệp cho thấy Tre gai
(Bambusa Bambos) được lấy tại Đông Triều Quảng Ninh có sự biến động về tính chất cơ
học, cụ thể: độ bền kéo, nén của Tre gai tăng
dần từ gốc đến ngọn, về độ bền uốn tĩnh của
Tre gai thì biến động theo hướng ngược lại là
từ gốc đến ngọn ứng suất giảm dần (gốc: 440 x
105 N/m2; giữa thân: 288 x 105 N/m2 ; ngọn:
202 x 105 N/m2) (Lê Xuân Tình, 1998).
Theo tài liệu giáo trình Khoa học gỗ (2016),
cho thấy theo chiều cao thân khí sinh của Trúc
sào (Phyllostachis edulis) có ảnh hưởng đến
tính chất cơ học. Cụ thể, các tính chất cơ học
của Trúc sào đều biến đổi theo quy luật tăng từ
gốc đến ngọn, độ bền nén dọc (60,9 - 71,1
MPa), độ bền uốn tĩnh (138,7 - 170,1 MPa), độ
bền trượt dọc (16,7 - 20,7 MPa) (Vũ Huy Đại
và cộng sự, 2016).
Đối với Luồng (Dendrocalamus barbatus
Hsueh et D. Z. Li) ở Việt Nam mới chỉ có
những đề tài nghiên cứu về tính chất cơ học
của 1 cấp tuổi, 1 vị trí mà chưa có những
nghiên cứu sâu về ảnh hưởng của tuổi cây, vị
124
trí đến tính chất cơ học.
Lê Thu Hiền (2003), đã nghiên cứu xác
định được tính chất vật lý và cơ học của cây
Luồng và Trúc sào. Kết quả cho thấy Luồng có
tính chất cơ học cao hơn so với của Trúc sào
(Lê Thu Hiền, 2003).
Nguyễn Hồng Thịnh (2009) đã nghiên cứu
về đặc điểm cấu tạo, tính chất cơ vật lý và
thành phần hóa học của Luồng. Kết quả nghiên
cứu cho thấy Luồng là nguyên liệu có cường
độ nén dọc thớ, uốn tĩnh, modul đàn hồi cao.
Nghiên cứu này sẽ làm rõ được sự biến
động về một số tính chất cơ học: độ bền nén
dọc thớ, độ bền uốn tĩnh, modul đàn hồi và độ
bền trượt dọc thớ theo tuổi cây và vị trí trên cây
của Luồng.
II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu nghiên cứu
Vật liệu sử dụng trong nghiên cứu này là
cây Luồng ở các cấp tuổi 1, 2, 3, 4, 5 được
khai thác tại huyện Quan Hoá, tỉnh Thanh Hoá.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
a. Phương pháp chọn cây lấy mẫu theo Tiêu
chuẩn GB/T 15780-1995) (中國標準出版社,
1996)
Tại nơi lấy mẫu, mỗi cấp tuổi được lấy 5
cây có tính đại diện cao, 5 cây được lựa chọn ở
cùng 1 cụm hoặc 2 cụm gần nhau, tuy nhiên
các cấp tuổi từ 1-5 đều được lấy từ cùng một
cụm, không chọn những cây có khuyết tật.
Luồng sau khi chặt hạ được mang về phòng
thí nghiệm được tiến hành bảo quản (phơi)
tránh mối, mọt, nấm xâm nhập.
Sau khi thanh thử được phơi khô, đặt trong
môi trường nhiệt độ là 20 2oC, độ ẩm tương
đối là 65 5% tiến hành điều chỉnh độ ẩm, đến
chất lượng đạt được cơ bản ổn định, mới có thể
làm mẫu thử.
b. Phương pháp chọn vị trí trên cây thí nghiệm
Để thực hiện quá trình lấy mẫu thí nghiệm ở
các vị trí trên cây được thực hiện theo phương
pháp của tác giả Xiaobo Li (2004). Quá trình
thực hiện thí nghiệm của 5 cấp tuổi ở các vị trí
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2018
Công nghiệp rừng
khác nhau trên thân cây được tiến hành như
sau: Bắt đầu tính từ lóng thứ 2 từ dưới lên đến
lóng thứ 31 được chia làm 3 phần đại diện cho
phần gốc (dưới), phần thân (giữa), phần ngọn
(trên), mỗi phần gồm có 10 lóng. Trong mỗi
phần, lóng thứ 2, 3 được dùng để xác định tính
cơ học, tại lóng thứ 2 sẽ được lấy tất cả các vị
trí theo vòng trên lóng để làm mẫu xác định độ
uốn tĩnh, lóng thứ 3 dùng để xác định tính chất
nén dọc, trượt dọc, đảm bảo các vị trí được lấy
giống nhau ở các cấp tuổi (Xiaobo Li, 2004).
c. Phương pháp xác định các tính chất của
Luồng
Xác định tính chất cơ học của luồng được
áp dụng theo Tiêu chuẩn GB/T 15780-1995
(中國標準出版社 , 1996).
Đoạn Luồng được cắt tại các vị trí trên thân
cây (gốc, thân, ngọn) lựa chọn vị trí cắt như
mô tả ở trên, vị trí không có khuyết tật, cật
không bị tổn thương và có chiều dài sử dụng
lóng 2 và 3 để xác định tính chất cơ học. Tiến
hành chẻ thành các thanh tre có bề rộng 15mm
và 30 mm. Mẫu thử tính chất cơ học được lấy
ở các lóng đã được xác định trước. Số mẫu
dùng để xác định tính chất cơ được lấy đều ở 5
cây cho mỗi cấp tuổi là 6 mẫu/tính chất/cây
Mẫu thí nghiệm không cho phép có khuyết
tật, hai mặt chiều xuyên tâm phải đảm bảo
phẳng và song song với nhau, hai mặt chiều
tiếp tuyến phải giữ nguyên hình dạng của cật
và ruột, mặt tiếp tuyến và mặt xuyên tâm phải
vuông góc với nhau, mỗi một mẫu thí nghiệm
phải có kí hiệu rõ ràng.
Phương pháp xác định độ bền nén dọc:
Dùng mẫu có kích thước: 20 × 20 × t (mm)
(trong đó t là chiều dày thành luồng).
Số lượng mẫu: 30 mẫu/cấp tuổi/vị trí.
Đo kích thước chiều xuyên tâm (chiều dày
mẫu), tiếp tuyến (chiều rộng mẫu), chính xác
đến 0,01 mm. Sử dụng máy kiểm tra tính chất
cơ học đa năng tại Viện Công nghiệp gỗ,
Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam.
Xác định độ bền nén dọc khi độ ẩm mẫu là
W% theo công thức:
w
Pmax
bt
Trong đó:
w - độ bền nén dọc thớ của mẫu thử ở độ
ẩm W%, MPa;
Pmax- lực tác dụng tại thời điểm phá hủy
mẫu, N;
b - chiều rộng mẫu thử, mm;
t - chiều dày mẫu thử (chiều dày thành),
mm.
Độ bền nén dọc thớ của mẫu thử (chính xác
đến 0,1 MPa) khi tỷ lệ độ ẩm mẫu 12%, xác
định theo công thức sau:
12 w 1 0,045(W 12)
Trong đó: 12 - cường độ nén dọc thớ của
mẫu thử khi độ ẩm là 12%, MPa;
W- độ ẩm của mẫu thử.
Phương pháp xác định độ bền uốn tính,
modul đàn hồi
Sử dụng phương pháp dầm đơn, tại vị trí
trung tâm chiều dài mẫu, nhờ vào tải trọng tập
trung tăng dần với tốc độ đều làm cho mẫu phá
hủy để tính ra cường độ uốn tĩnh.
Dùng nhiều mẫu có kích thước 160×10×t,
mm (trong đó t là chiều dày thành).
Số lượng mẫu: 30 mẫu/cấp tuổi/vị trí.
Chỉ thí nghiệm cường độ uốn tĩnh theo
phương tiếp tuyến. Tại ví trí trung tâm chiều
dài mẫu tiến hành đo kích thước chiều dày
thành Luồng (chiều rộng mẫu), đo kích thước
chiều tiếp tuyến (chiều cao mẫu), chính xác
đến 0,01 mm.
Sử dụng phương pháp tác dụng lực điểm
trung tâm, đặt mẫu thí nghiệm trên hai gối đỡ,
khoảng cách hai gối là 120 mm.
Xác định độ bền uốn tĩnh khi độ ẩm mẫu là
W% theo công thức:
3P L
MORw max2
2bh
Trong đó:
MORw - độ bền uốn tĩnh mẫu thử khi độ ẩm
là W%, MPa;
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2018
125
Công nghiệp rừng
Pmax - lực tác dụng tại thời điểm mẫu bị phá
hủy, N;
L - khoảng cách giữa hai gối đỡ, lấy 120mm;
b - chiều rộng mẫu thử (chiều dày thành
tre), mm;
h - chiều cao mẫu thử, mm.
Độ bền uốn tĩnh của mẫu thử (chính xác đến
0,1 Mpa) khi độ ẩm là 12%, xác định dựa theo
công thức tính toán sau:
MOR12 MOR w 1 0,025(W 12)
Trong đó:
MOR12 - độ bền uốn tĩnh của mẫu thử khi độ
ẩm là 12%, MPa;
W - độ ẩm của mẫu thử.
Xác định mô đun đàn hồi khi độ ẩm W%
theo công thức:
MOEw
p.L3
4. f .b.h3
Trong đó:
MOEw - mô đun đàn hồimẫu thử khi độ ẩm
là W%, MPa;
p - lực tác dụng lên mẫu, N; p = Pmax/4;
L - khoảng cách giữa hai gối đỡ, lấy 120mm;
h - kích thước chiều dày của mẫu, mm;
b - kích thước chiều rộng của mẫu, mm;
f- độ võng của mẫu khi thử, cm.
Phương pháp xác định độ bền trượt dọc thớ
Trên mỗi thanh thử cắt chọn mẫu thử, mặt
cắt mẫu thử chịu lực là mặt tiếp tuyến, chiều
dài làm phương hướng dọc thớ.
Số lượng mẫu: 30 mẫu/cấp tuổi/vị trí.
Dùng thước đo kẹp kích thước xác định
chiều dài và chiều dày (chiều dày thành) của
mặt bị cắt, chính xác đến 0,01 mm. Độ bền
trượt dọc thớ của mẫu thử khi độ ẩm W%,
dựa vào công thức để tính toán, chính xác
đến 0,1 MPa.
w
Pmax
tL
Trong đó:
w - độ bền trượt dọc thớ của mẫu thử có độ
ẩm W%, MPa;
Pmax - lực tác dụng tại thời điểm mẫu bị phá
hủy, N;
t - chiều dày mẫu thử, mm;
L- chiều dài mặt chịu trượt mẫu thử, mm.
Độ bền trượt dọc thớ của mẫu thử (chính
xác đến 0,1 Mpa) khi độ ẩm là 12%, được tính
theo công thức sau:
12 w 1 0.025(W 12)
Trong đó: 12 - cường độ trượt dọc thớ của
mẫu thử có độ ẩm 12%, MPa;
W - độ ẩm của mẫu thử.
III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hưởng của tuổi cây và vị trí trên
cây đến độ bền nén dọc thớ
Độ bền nén dọc thớ là một chỉ tiêu cơ học
rất quan trọng và thường gặp trong thực tế. Độ
bền nén dọc thớ thường được dùng để nghiên
cứu quan hệ giữa các nhân tố ảnh hưởng đến
khả năng chịu lực gỗ. Do tính chất quan trọng
của nó trong thực tế như: trong các kết cấu
chịu lực và các sản phẩm, độ bền nén dọc thớ
được xem là chỉ tiêu chủ yếu để đánh giá khả
năng chịu lực của gỗ, tre (Vũ Huy Đại và cs,
2016). Nhiều kết quả nghiên cứu cho rằng
cường độ nén dọc thớ biến động khác nhau
giữa tuổi cây và vị trí trên cây của tre, trúc
(Xiaobo Li, 2004), (Juan Francisco Correal D
và Juliana Arbeláez C, 2010).
Kết quả phân tích độ bền nén dọc thớ của
Luồng theo các cấp tuổi và vị trí trên cây được
thể hiện tại bảng 1.
Bảng 1. Độ bền nén dọc thớ của Luồng ở các cấp tuổi và vị trí trên cây
Độ bền nén dọc thớ, MPa
Tuổi 1
Tuổi 2
Tuổi 3
Tuổi 4
Tuổi 5
35,00
35,20
46,55
42,27
42,54
Gốc
40,81
41,22
47,10
52,49
50,63
Thân
42,43
43,10
48,45
59,70
52,14
Ngọn
126
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2018
Công nghiệp rừng
Qua phân tích phương sai đa nhân tố
(ANOVA) ta thấy ở tuổi cây và vị trí trên cây
có giá trị Sig. nhỏ hơn 5%. Điều đó có nghĩa
rằng tuổi và vị trí trên cây có sự khác biệt đến
độ bền nén dọc thớ của Luồng. Mặt khác ảnh
hưởng tương tác giữa vị trí và tuổi cũng ảnh
hưởng đến độ bền nén dọc thớ của Luồng (tuổi
cây có ảnh hưởng đến độ bền nén dọc thớ theo
vị trí trên cây). Kết quả phân tích còn cho thấy,
tuổi cây có ảnh hưởng rõ hơn đến độ bền nén
dọc thớ so với vị trí trên cây.
Hình 1. Biến động độ bền nén dọc thớ theo tuổi và vị trí trên cây của Luồng
Từ kết quả thí nghiệm cho thấy, Sự biến
động về độ bền nén dọc thớ ở các cấp tuổi và
vị trí trên cây theo một quy luật khá rõ (hình
1). Cụ thể, tuổi 1 đến tuổi 5 độ bền nén dọc thớ
biến đổi từ gốc đến ngọn theo hướng tăng dần.
Đối với các vị trí trên cây, vị trí gốc độ bền nén
dọc thớ tăng từ tuổi 1 đến tuổi 3, giảm xuống ở
tuổi 4 và 5; ở vị trí thân và ngọn lại cho ta thấy
độ bền nén dọc thớ tăng từ tuổi 1 đến tuổi 4 và
giảm xuống ở tuổi 5, kết quả này cho thấy sự
biến động tương đồng với kết quả của (Juan
Francisco Correal D và Juliana Arbeláez C,
2010). Với kết quả này cho thấy, ở độ tuổi từ 3
- 4 độ bền nén dọc thớ là cao nhất.
3.2. Ảnh hưởng của tuổi cây và vị trí trên
cây đến độ bền uốn tĩnh, modul đàn hồi khi
uốn tĩnh
Độ bền uốn tĩnh là một trong những tính
chất cơ học quan trọng nhất. Có thể nói độ bền
uốn tĩnh là chỉ tiêu quan trọng thứ hai sau giới
hạn độ bền nén dọc thớ. Để đánh giá cường độ
gỗ, tre thường lấy tổng số hai ứng suất: độ bền
nén dọc thớ và độ bền uốn tĩnh làm tiêu chuẩn
(Vũ Huy Đại và cs, 2016).
Ở một số tài liệu đã nghiên cứu trước đã chỉ
ra rằng, độ bền uốn tĩnh của một số loài tre có
sự biến động theo tuổi cây và vị trí trên cây. Sự
biến động về độ bền uốn tĩnh ở các cấp tuổi
tăng lên từ gốc đến ngọn, ở các vị trí trên cây
độ bền uốn tĩnh tăng từ tuổi 1 - 4 và giảm
xuống ở tuổi 5 (Juan Francisco Correal D và
Juliana Arbeláez C, 2010). Kết quả xác định độ
bền uốn tĩnh của Luồng theo tuổi cây và vị trí
trên cây được thể hiện tại bảng 2.
Bảng 2. Độ bền uốn tĩnh của Luồng ở các cấp tuổi và vị trí trên cây
Độ bền uốn tĩnh, MPa
Tuổi 1
Tuổi 2
Tuổi 3
Tuổi 4
Tuổi 5
Gốc
72,72
83,36
98,60
87,67
87,23
Thân
86,28
88,41
103,10
115,87
115,23
Ngọn
87,46
87,88
115,21
129,30
119,00
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ 1-2018
127